音障是什么 揭秘音障之谜
更严重的是，激波能使流经机翼和机身表面的气流，变得非常紊乱，从而使飞机剧烈抖动，操纵十分困难。同时，机翼会下沉、机头往下栽;如果这时飞机正在爬升，机身会突然自动上仰。这些讨厌的症状，都可能导致飞机坠毁。这就是所谓“音障”问题。由于声波的传递速度是有限的，移动中的声源便可追上自己发出的声波。当物体速度增加到与音速相同时，声波开始在物体前面堆积。如果这个物体有足够的加速度，便能突破这个不稳定的声波屏障，冲到声音的前面去，也就是冲破音障。
一个以超音速前进的物体，会持续在其前方产生稳定的压力波(弓形震波)。当物体朝观察者前进时，观察者不会听到声音;物体通过后，所产生的波(马赫波)朝向地面传来，波间的压力差会形成可听见的效应，也就是音爆。
当飞机的飞行速度比音速低时，同飞机接触的空气好像“通信员”似的，以传递声音的速度向前“通知”前面即将遭遇飞机的空气，使它们“让路”。但当飞机的速度超过音速时，飞机前面的空气因来不及躲避而被紧密地压缩在一起，堆聚成一层薄薄的波面——激波，激波后面，空气因被压缩，使压强突然升高，阻止了飞机的进一步加速，并可能使机翼和尾翼剧烈振颤而发生爆炸。
而音障不单单仅有声波，还有来自空气的阻力，当飞行物体要接近1马赫(声速单位)飞行时，前方急速冲来的空气不能够像平常一样通过机身扩散开，于是气体都堆积到了飞行体的周围，产生极大的压力，也会引发出一种看不见的空气旋涡，俗称“死亡漩涡”，这也被叫做音障，如果机身不作特殊加固处理，那么将会被瞬间摇成碎片。
声障一词最早出现于20世纪40年代初期。第二次世界大战中，战斗机的设计已经相当成熟，虽然还沿用直机翼，但暴露在机外的零件已经很少，飞机外形十分“干净”。当时单台发动机的动力已超过一千马力(1马力=735.499瓦)，飞机的平飞速度已达声速的一半;俯冲时，可以超过声速的0.7倍。正是在后一情况下发现飞机有自发栽头和尾翼强烈抖振现象，使整个飞机有破碎的危险。后来发现，自发栽头是由于翼面附近出现相当大的超声速区，翼面上吸力区(气压低于大气压的区域，也称负压区)大大地向后扩展，压力中心显著后移，从而产生很大的低头力矩造成的。翼面上的局部超声速区是以激波为后界的，而激波又引起翼面上的边界层分离;分离流很不稳定，打到尾翼处就会引起尾翼抖振。同时这还使飞机的阻力随马赫敷的微小上升而急剧增大，因而人们认为声速是飞行速度进一步提高的不可逾越的障碍。随着飞机外形设计的不断改进(如改用展弦比较小和翼剖面更薄的后掠机翼)，推力更大的喷气发动机的制成，声障也就成为一个历史名词。
物体与流体发生相对运动时，会对流体产生扰动。下面，以飞机与大气的扰动为例，当飞机引起大气的扰动之后，这个扰动将以波的形式向空间传播。理想的形式为球面波。但根据相对运动原理，在1时刻飞机在地点1引起球面波1，之后飞机以v的速度前行，球面波以u的速度扩散，在2时刻飞机在地点2引起球面波2，两者速度不变。如此积累，因为飞机始终在向前，则若干波的叠加后形状。
以上是飞机匀速飞行的情况，若飞机加速，则情况更加明显。 如果飞机速度没有超音速，即vu时，第一次引起的扰动波将与以后引起的扰动波叠加，并始终处于飞机前部不远处。这个不断叠加的波就是我们通常所谓的激波了。 推荐你看
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音障是什么?人们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即马赫数M0.9空中时速约950公里时，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波，从而使气动阻力剧增。要进一步提高速度，就需要发动机有更大的推力。
音障现象是一个统计结果。如果仅仅是因为在音速附近，所以出现音障现象，那么飞机整体均应出现音障现象，因为飞机整体是一个速度。如果说音障造成了液化，那么整个飞机都应在液化环境中。所以用音障来介绍飞机周围的液化现象是不合适的。尽管在音速的时候出现了空气液化的情况，液化应该从其自身的产生条件来考虑。当湿度大的空气受到压缩时，空气中的水就会液化。当飞机速度很高的时候，将在迎风面形成高压，高压下空气中水汽沸点升高，就会出现液化现象。这也可以解释为什么飞机后半部分没有雾的现象。因为飞机后部压力低，甚至出现负压，即使前方的水颗粒进入该区域，也会汽化而看不出来。
关于飞机周围压力变化，可以看做飞机不动，空气吹飞机，迎风面会出现高压，背部负压，这在流体力学里面是有结果的。第二次世界大战后期，战斗机的最大速度已超过每小时700公里。要进一步提高速度，就会碰到所谓“音障”问题。
声音在空气中传播的速度，由于受空气温度的影响，数值是有变化的。而大气温度会随着高度而变化，因此不同飞行高度下音速也不同。在国际标准大气情况下，海平面音速为每小时1227.6公里，在11000米的高空，是每小时1065.6公里。时速700多公里的飞机，迎面气流在流过机体表面的时候，由于表面各处的形状不同，局部时速可能远超出700公里。这种“音障”，曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。因为每当他们的飞机飞行速度接近音速时，飞机操纵上都会产生奇特的反应，处置不当就会机毁人亡。第二次世界大战后期，英国的喷火式战斗机和美国的“雷电”式战斗机，在接近音速的高速飞行时，最早感觉到空气的压缩性效应。也就是说，在高速飞行的飞机前部，由于局部激波的产生，空气受到压缩，阻力急剧增加。“喷火”式飞机用最大功率俯冲时，速度可达音速的十分之九。这样快的速度，已足以使飞机感受到空气的压缩效应。为了更好地表达飞行速度接近或超过当地音速的程度，科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数：马赫数。它是飞行速度与当地音速的比值，简称M数。M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。马赫曾在19世纪末期进行过枪弹弹丸的超音速实验，最早发现扰动源在超音速气流中产生的波阵面，即马赫波的存在。M数小于1，表示飞行速度小于音速，是亚音速飞行;M数等于1，表示飞行速度与音速相等;M数大于1，表示飞行速度大于音速，是超音速飞行。
第二次世界大战后期，飞行速度达到了650-750公里/小时的战斗机，已经接近活塞式飞机飞行速度的极限。例如美国的P-51D“野马”式战斗机，最大速度每小时765公里，大概是用螺旋桨推进的活塞式战斗机中，飞得最快的了。若要进一步提高飞行速度，必须增加发动机推力。但是活塞式发动机已经无能为力。航空科学家们认识到，要向音速冲击，必须使用全新的航空发动机，也就是喷气式发动机。
二战末期，德国研制成功Me-163和Me-262新型战斗机，投入了苏德前线作战。这两种都是当时一般人从未见过的喷气式战斗机，具有后掠形机翼。前者装有1台液体燃料火箭发动机，速度为933公里/小时;后者装2台涡轮喷气发动机，最大速度870公里/小时，是世界上第一种实战喷气式战斗机。它们的速度虽然显著超过对手的活塞式战斗机，但是由于数量稀少，又不够灵活，它们的参战，对挽救法西斯德国失败的命运，实际上没有起什么作用。
德国喷气式飞机的出现，促使前反法西斯各国加快了研制本国喷气式战斗机的步伐。英国的“流星”式战斗机很快也飞上蓝天，苏联的著名飞机设计局，例如米高扬、拉沃奇金、苏霍伊和雅科夫列夫等飞机设计局，都相继着手研制能与德国新式战斗机相匹敌的飞机。 推荐你看
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音障是什么?人们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即马赫数M0.9空中时速约950公里时，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波，从而使气动阻力剧增。要进一步提高速度，就需要发动机有更大的推力。
米格设计局研制出了伊-250试验型高速战斗机(米格-13)，它采用复合动力装置，由一台活塞式发动机和一台冲压喷气发动机组成。在高度7000米时，这种发动机产生的总功率为2800马力，可使飞行速度达到825公里/小时。1945年3月3日，试飞员杰耶夫驾驶伊-250完成了首飞。伊250在苏联战斗机中，是飞行速度率先达到825公里/小时的第一种飞机。它进行了小批量生产。
苏霍伊设计局研制出苏-5试验型截击机，也采用了复合动力装置。1945年4月，苏-5速度达到800公里/小时。另一种型号苏-7，除活塞式发动机外，还加装了液体火箭加速器(推力300公斤)，可短时间提高飞行速度。拉沃奇金和雅科夫列夫设计的战斗机，也安装了液体火箭加速器。但是，用液体火箭加速器来提高飞行速度的办法并不可靠，其燃料和氧化剂仅够使用几分钟;而且具有腐蚀性的硝酸氧化剂，使用起来也十分麻烦，甚至会发生发动机爆炸事故。试飞员拉斯托尔古耶夫，就在一次火箭助推加速器爆炸事故中以身殉职。在这种情况下，苏联航空界中止了液体火箭加速器在飞机上的使用，全力发展涡轮喷气发动机。
涡轮喷气发动机的研制成功，冲破了活塞式发动机和螺旋桨给飞机速度带来的限制。不过，尽管有了新型的动力装置，在向音速迈进的道路上，也是障碍重重。
空气动力学家和飞机设计师们密切合作。进行了一系列飞行试验，结果表明：要进一步提高飞行速度，飞机必须采用新的空气动力外形，例如后掠形机翼要设法减薄。前苏联中央茹科夫斯基流体动力研究所的专家们，曾对后掠翼和后掠翼飞机的配置型式，进行了大量的理论研究和风洞试验。由奥斯托斯拉夫斯基领导进行的试验中，曾用飞机在高空投放装有固体火箭加速器的模型小飞机。模型从飞机上投下后，在滑翔下落过程中，火箭加速器点火，使模型飞机的速度超过音速。专家们据此探索超音速飞行的规律性。苏联飞行研究所还进行了一系列研究，了解在空气可压缩性和气动弹性作用增大下，高速飞机所具有的空气动力特性。这些基础研究，对超音速飞机的诞生，都起到了重要作用。
美国对超音速飞机的研究主要集中在贝尔X-1型“空中火箭”式超音速火箭动力研究机上。研制X-l最初的意图，是想制造出一架飞行速度略微超过音速的飞机。X-l飞机的翼型很薄，没有后掠角。它采用液体火箭发动机做动力。由于飞机上所能携带的火箭燃料数量有限，火箭发动机工作的时间很短，因此不能用X-1自己的动力从跑道上起飞，而需要把它挂在一架B-29型“超级堡垒”重型轰炸机的机身下，升入天空。
飞行员在升空之前，已经在X-l的座舱内坐好。轰炸机飞到高空后，象投炸弹那样，把X-l投放开去。X-l离开轰炸机后，在滑翔飞行中，再开动自己的火箭发动机加速飞行。X-1进行第一次空中投放试验，是在1946年1月19日;而首次在空中开动其火箭动力试飞，则要等到当年12月9日才进行，使用的是X-l的2号原型机。
又过了大约一年，X-l的首次超音速飞行才获得成功。完成人类航空史上这项创举的，是美国空军的试飞员查克·耶格尔上尉。他是在1947年10月14日完成的。24岁的查克·耶格尔从此成为世界上第一个飞得比声音更快的人，使他的名字载入航空史册。那是一次很艰难的飞行。耶格尔驾驶X-l在12800米的高空，使飞行速度达到1078公里/小时，相当于M1.015。
在人类首次突破“音障”之后，研制超音速飞机的进展就加快了。美国空军和海军在竞创速度记录方面展开了竞争。1951年8月7日，美国海军的道格拉斯 D.558-II型“空中火箭”式研究机的速度，达到M1.88。有趣的是，X-l型和D.558-II型，都被称为“空中火箭”。 D.558-II也是以火箭发动机为动力，由试飞员威廉·布里奇曼驾驶。8天之后，布里奇曼驾驶这架研究机，飞达22721米的高度，使他成为当时不但飞得最快，而且飞得最高的人。
接着，在1953年，“空中火箭”的飞行速度，又超过了M2.0，约合2172公里/小时。人们通过理论研究和一系列研究机的飞行实践，包括付出了血的代价，终于掌握了超音速飞行的规律。
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